Aile volante - Définition

Introduction

Une aile volante désigne un aéronef ne possédant ni fuselage ni empennage. Les différentes surfaces mobiles nécessaires au pilotage de l'appareil sont toutes situées sur l'aile. C'est également l'aile qui contient la charge utile et le carburant.

La configuration de l’aile volante est souvent présentée comme permettant de construire des avions ayant une grande capacité d’emport et de bonnes propriétés aérodynamiques. Cependant ce type d’appareil est relativement instable ce qui peut être intéressant pour les avions militaires mais qui est un grave défaut dans le domaine civil. Actuellement les seules ailes volantes à avoir été construites en série sont les Northrop B-2 spirit.

Historique

Le concept de l’aile volante est né en 1875 lorsque Alphonse Pénaud fait breveter le concept d’un aéroplane amphibie possédant toutes les caractéristiques d’une aile volante. Cependant, il faut attendre la fin de la Première Guerre mondiale et le début de l’aviation commerciale pour que le concept soit appliqué.

C’est à cette époque que l’on considère que l’aile volante est la solution la mieux adaptée aux vols transatlantiques du fait de sa grande capacité d’emport en passager et en carburant. Hugo Junkers avait même pour projet de construire une aile volante pouvant transporter 1000 passagers. Cela aboutit en 1931 au Junkers G.38 (en), avion de transport civil pouvant transporter 34 passagers placés en partie dans les ailes.

C'est également en 1931 qu'aboutissent les premières réalisations de Charles Fauvel sous la forme des planeurs AV dits ailes Fauvel.

La Seconde Guerre mondiale n’arrêta pas le développement des ailes volantes. En effet, à l’époque les avions à réaction souffraient d’un grave problème d’autonomie et l’aile volante à faible traînée aérodynamique était une réponse à ce problème. Ainsi est né le Horten Ho 229, qui vola pour la première fois en 1944. Cet avion était non seulement une aile volante mais également un biréacteur. Un avion révolutionnaire pour l’époque mais qui ne fut jamais fabriqué en série.

Northrop B-2A Spirit

Après la guerre, les expériences sur les ailes volantes continuèrent dans le domaine des bombardiers (portant des charges nucléaires) à grand rayon d’action. Le concept culmine avec les prototypes de Northrop YB-35 et YB-49. Mais ceux-ci ne furent jamais produits en série. En effet, ces avions n’avaient pas une assez grande capacité d’emport et posaient beaucoup de problèmes techniques notamment de stabilité. On leur préféra les Convair B-36 Peacemaker et Boeing B-52 Stratofortress. Tous les projets d’ailes volantes furent mis au placard jusque dans les années 1980.

À cette époque on cherche à rendre les avions invisibles au radar (technologie de la furtivité) et on s’est aperçu que l’aile volante offrait une faible signature radar. De plus cette solution architecturale permet de mettre les moteurs et la charge utile à l’intérieur de l’appareil ce qui réduit la traînée aérodynamique de l’avion et par conséquent augmente son autonomie. Ainsi est né le Nothrop B-2 Spirit.

Avantages - Inconvénients

Historiquement, l'aile volante a été défendue par beaucoup comme étant potentiellement la configuration la plus efficace du point de vue aérodynamique et masse structurelle. Une telle notion repose sur l'idée simpliste que supprimer tout ce qui ne sert pas à la portance serait bénéfique. Ce faisant, en plus de la portance, l'aile doit être capable d'assurer par elle même la stabilité du vol et le contrôle en tangage et en lacet, ce qui n'est pas sa fonction normale. Au final, le bilan des gains attendus en masse structurelle et en traînée aérodynamique peut être faiblement positif, nul voire négatif en fonction des compromis nécessaires à la stabilité et aux qualités de vol.

• Grande capacité d'emport : en volume oui, mais seulement pour une aile volante de très grandes dimensions. La structure de l'aile se prête moins bien à la tenue des efforts de pressurisation que le tube d'un fuselage classique (dont la section circulaire est plus résistante). D'autre part le volume utilisable est disponible non pas en longueur, mais en largeur, dans l'aile elle même. Les mouvements en roulis en vol seraient très désagréables pour les passagers situés sur les côtés. Une autre difficulté à résoudre liée au compartimentage transversal concerne l'évacuation des passagers en cas d'accident, les passagers n'étant pas tous à proximité de sorties de sécurité.

• Grande capacité d'emport : en masse non, c'est une difficulté du concept. Les volets hypersustentateurs (qui génèrent un moment de tangage important) sont absents en raison de l'absence d'empennage et de la faible stabilité en tangage. De ce fait le coefficient de portance maximal d'une aile volante est beaucoup plus faible que celui d'un avion conventionnel. L'aile doit être plus grande, donc plus lourde.

• Bonnes propriétés aérodynamiques : la suppression du fuselage et de l'empennage permet un gain théorique de surface mouillée (traînée de frottement). Cependant les ailes volantes posent des problèmes de stabilité en tangage et de couplage en roulis-lacet (voir dièdre) faute de stabilisation suffisante en lacet. Cette problématique est expliquée dans les deux rapports cités plus bas. La plage de centrage est toujours très réduite.

• Envergure nécessaire : la portance limitée des ailes volantes oblige, à masse transportée égale, à augmenter la surface portante et donc l'envergure. L'Airbus A380 (envergure 80 m) se voit déjà contraint de ne pouvoir utiliser qu'un petit nombre d'aéroports. Une aile volante qui aurait une envergure encore plus grande paraît exclue.